G1.- Se sabe que el triángulo ABC es rectángulo en el vértice C ...
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MATEMÁTICAS II, 2º BACHILLERATO IES BEATRIZ DE SUABIA<br />
DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICAS<br />
<strong>G1.</strong>- <strong>Se</strong> <strong>sabe</strong> <strong>que</strong> <strong>el</strong> <strong>triángulo</strong> <strong>ABC</strong> <strong>es</strong> <strong>rectángulo</strong> <strong>en</strong> <strong>el</strong> <strong>vértice</strong> C, <strong>que</strong> pert<strong>en</strong>ece a la<br />
recta intersección de los planos y + z = 1 e y –3z + 3 = 0, y <strong>que</strong> sus otros dos vértic<strong>es</strong><br />
son A( 2 , 0 , 1 ) y B ( 0 , -3 , 0 ). Halla C y <strong>el</strong> área d<strong>el</strong> <strong>triángulo</strong> <strong>ABC</strong>.<br />
SOLUCIÓN:<br />
Calcularemos <strong>el</strong> punto C imponi<strong>en</strong>do las condicion<strong>es</strong> d<strong>el</strong> problema:<br />
En primer lugar ponemos <strong>en</strong> paramétricas la recta intersección de los planos dados:<br />
Como no aparece <strong>el</strong> valor de x, ésta no se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tra sometida a ninguna r<strong>es</strong>tricción<br />
y podemos hacer x = λ, r<strong>es</strong>olvi<strong>en</strong>do <strong>el</strong> sistema formado por los dos planos obt<strong>en</strong>emos:<br />
z=1 , y=0; con <strong>el</strong>lo cualquier punto de la recta será de la forma: Cλ ( λ , 0 , 1 ).<br />
A continuación obligamos, aplicando <strong>el</strong> producto <strong>es</strong>calar, a <strong>que</strong> los vector<strong>es</strong>:<br />
CλA ( 2-λ , 0 , 0 ) y CλB ( - λ , -3 , -1 ) , sean ortogonal<strong>es</strong>: CλA .CλB = 0 por tanto:<br />
( 2-λ , 0 , 0 ) . ( - λ , -3 , -1 ) = 0 - 2 λ + λ 2 = 0 λ1 = 0 y λ2 = 2<br />
( observa <strong>que</strong> de las dos solucion<strong>es</strong> la segunda no <strong>es</strong> válida para <strong>el</strong> problema, ¿porqué<br />
aparece? ).<br />
Sustituy<strong>en</strong>do <strong>en</strong> Cλ ( λ , 0 , 1 ) obt<strong>en</strong>emos <strong>el</strong> punto C pedido: C ( 0 , 0 , 1 ).<br />
Por último, para hallar <strong>el</strong> área d<strong>el</strong> <strong>triángulo</strong>, nos basta obt<strong>en</strong>er la mitad d<strong>el</strong><br />
módulo d<strong>el</strong> producto vectorial de los vector<strong>es</strong> CA y CB: S = 1<br />
CA CB<br />
2 ×<br />
i j k<br />
CA × CB = 2<br />
0<br />
0<br />
− 3<br />
1<br />
0 : ( 0 , 2 , -6 ) S =<br />
2<br />
− 1<br />
2<br />
2<br />
2 + ( − 6)<br />
= 10 u 2 .<br />
COMPLEMENTOS:<br />
mac<br />
Dibuja, tomando un sistema de refer<strong>en</strong>cia ortonormal, la recta y los puntos B y C d<strong>el</strong> problema.<br />
Observa como dada la recta <strong>en</strong> paramétricas podemos <strong>es</strong>cribir un punto cualquiera de <strong>el</strong>la<br />
como Pλ ( x(λ) , y(λ) , z(λ) ); <strong>es</strong>to nos permite hallar puntos <strong>que</strong> se d<strong>es</strong>lizan sobre rectas y <strong>que</strong><br />
se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tran sometidos a condicion<strong>es</strong> <strong>es</strong>pecíficas.<br />
Ej. Halla un punto de la recta<br />
x x y<br />
− 2 + 1 + 2<br />
= = , cuya distancia a P (2 , 0 , -1) sea 15 u.<br />
2 − 1 3
MATEMÁTICAS II, 2º BACHILLERATO IES BEATRIZ DE SUABIA<br />
DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICAS<br />
G2.- Halla la perp<strong>en</strong>dicular común a las rectas:<br />
SOLUCIÓN:<br />
r ≡<br />
x = 1<br />
y = 1<br />
z = α<br />
; s ≡<br />
x = β<br />
y = β − 1<br />
z = −1<br />
Exist<strong>en</strong> varios métodos para r<strong>es</strong>olver <strong>es</strong>te problema ( deb<strong>es</strong> repasarlos, pu<strong>es</strong> <strong>es</strong> un<br />
problema clásico de geometría ), lo vamos a hacer dando la ecuación implícita de la<br />
recta perp<strong>en</strong>dicular a las dos dadas ( intersección de dos planos), para <strong>el</strong>lo calculamos<br />
dos planos con las características sigui<strong>en</strong>t<strong>es</strong>:<br />
πr : Plano <strong>que</strong> conti<strong>en</strong>e a la recta r y <strong>es</strong> perp<strong>en</strong>dicular a la recta s.<br />
πs : Plano <strong>que</strong> conti<strong>en</strong>e a la recta s y <strong>es</strong> perp<strong>en</strong>dicular a la recta r.<br />
Para calcular <strong>es</strong>tos planos nec<strong>es</strong>itaremos los sigui<strong>en</strong>t<strong>es</strong> <strong>el</strong>em<strong>en</strong>tos:<br />
Punto de la recta r: Pr ( 1 , 1 , 0 ); vector de dirección de la recta r: r d r ( 0 , 0 , 1 )<br />
Punto de la recta s: Ps ( 0 , -1 , -1); vector de dirección de la recta s: r d s ( 1 , 1 , 0 )<br />
Producto vectorial de los vector<strong>es</strong> r dr y r d s : r dr × r d s ( -1 , 1 , 0 ).<br />
El plano πr debe cont<strong>en</strong>er a la recta r, por <strong>el</strong>lo nos v<strong>en</strong>drá determinado por <strong>el</strong> punto Pr<br />
y <strong>el</strong> vector r dr , como además debe ser perp<strong>en</strong>dicular a la recta s tomaremos como<br />
segundo vector d<strong>el</strong> plano <strong>el</strong> producto vectorial ( vector perp<strong>en</strong>dicular a las dos rectas)<br />
r<br />
dr × r d s :<br />
0 − 1 x − 1<br />
πr ≡ 0 1 y − 1 = 0 ⇒ πr ≡ x + y –2 = 0<br />
1 0 z<br />
El plano πs debe cont<strong>en</strong>er a la recta s, por <strong>el</strong>lo nos v<strong>en</strong>drá determinado por <strong>el</strong> punto Ps<br />
y <strong>el</strong> vector r d s , como además debe ser perp<strong>en</strong>dicular a la recta r tomaremos como<br />
segundo vector d<strong>el</strong> plano <strong>el</strong> producto vectorial ( vector perp<strong>en</strong>dicular a las dos rectas)<br />
r<br />
dr × r d s :<br />
1 − 1 x<br />
πs ≡ 1 1 y + 1 = 0 ⇒ πs ≡ z + 1 = 0<br />
0<br />
Por <strong>el</strong>lo la ecuación de la recta pedida <strong>es</strong>:<br />
0 z + 1<br />
mac<br />
p≡<br />
x + y − 2 = 0<br />
z + 1= 0
MATEMÁTICAS II, 2º BACHILLERATO IES BEATRIZ DE SUABIA<br />
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G3.- <strong>Se</strong>an los puntos A (1 , 2 , 1), B (2 , 3 , 1), C(0 , 5 , 3) y D(-1 , 4 , 3).<br />
a) Prueba <strong>que</strong> los cuatro puntos <strong>es</strong>tán <strong>en</strong> <strong>el</strong> mismo plano. Halla la ecuación de<br />
dicho plano.<br />
b) Demu<strong>es</strong>tra <strong>que</strong> <strong>el</strong> polígono de vértic<strong>es</strong> consecutivos <strong>ABC</strong>D <strong>es</strong> un <strong>rectángulo</strong>.<br />
c) Calcula <strong>el</strong> área de dicho <strong>rectángulo</strong>.<br />
SOLUCIÓN:<br />
a) Podríamos hallar <strong>el</strong> plano <strong>que</strong> conti<strong>en</strong>e a tr<strong>es</strong> de los puntos y <strong>es</strong>tudiar si <strong>el</strong> otro punto <strong>es</strong>tá<br />
incluido <strong>en</strong> dicho plano; pero como nos lo pide <strong>en</strong> <strong>el</strong> otro ord<strong>en</strong> lo haremos así:<br />
Para <strong>que</strong> los cuatro puntos sean coplanarios los vector<strong>es</strong>: AB( 1 , 1 , 0), AC(-1 , 3 , 2) y AD(-2 , 2 , 2)<br />
deb<strong>en</strong> ser linealm<strong>en</strong>te dep<strong>en</strong>di<strong>en</strong>t<strong>es</strong> y para <strong>el</strong>lo <strong>es</strong>tudiamos <strong>el</strong> determinante corr<strong>es</strong>pondi<strong>en</strong>te:<br />
1 1 0<br />
− 1 3 2 = 0 ⇒ los vector<strong>es</strong> son linealm<strong>en</strong>te dep<strong>en</strong>di<strong>en</strong>t<strong>es</strong> ⇒ los puntos son coplanarios.<br />
− 2 2 2<br />
Para hallar la ecuación d<strong>el</strong> plano tomaremos como punto de éste <strong>el</strong> punto A, y como vector<strong>es</strong><br />
paral<strong>el</strong>os a él: AB y AC, con <strong>es</strong>to obt<strong>en</strong>emos:<br />
− 1 1 x − 1<br />
3 1 y − 2 = 0 ⇒ x – y + 2z –1 = 0<br />
2 0 z − 1<br />
b) Para hacerlo, demostramos <strong>que</strong> <strong>el</strong> ángulo $ A <strong>es</strong> recto y <strong>que</strong> los vector<strong>es</strong> AB y DC, AD y BC son ,<br />
r<strong>es</strong>pectivam<strong>en</strong>te, equipol<strong>en</strong>t<strong>es</strong>:<br />
AB . AD = AB . AD cos $ A ⇒ (1 , 1 , 0) . ( -2 , 2 , 0 ) = 2. 8.<br />
cos $ cos<br />
A ⇒<br />
$ A = 0⇒ $ A = 90 0 .<br />
AB( 1 , 1 , 0), DC(1 , 1 , 0) y AD(-2 , 2 , 2), BC( -2, 2 , 2)<br />
⇒ <strong>ABC</strong>D <strong>es</strong> un <strong>rectángulo</strong>.<br />
c) Para hallar <strong>el</strong> área de dicho <strong>rectángulo</strong> calculamos <strong>el</strong> valor absoluto d<strong>el</strong> producto<br />
i j k<br />
vectorial de AB y AD: ABxAD = 1 1 0 = 4 k ⇒ S = AB x AD = 4 u<br />
− 2 2 0<br />
2<br />
mac
MATEMÁTICAS II, 2º BACHILLERATO IES BEATRIZ DE SUABIA<br />
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G11.- Las rectas: x + y – 2 = 0 x + y – 6 = 0<br />
r ≡ y s ≡<br />
2x + 2y + z – 4 = 0 x + y – z – 6 = 0<br />
conti<strong>en</strong><strong>en</strong> los lados de un cuadrado.<br />
a) Calcula <strong>el</strong> área d<strong>el</strong> cuadrado.<br />
b) Halla la ecuación d<strong>el</strong> plano <strong>que</strong> conti<strong>en</strong>e al cuadrado.<br />
SOLUCIÓN:<br />
A p<strong>es</strong>ar de <strong>que</strong> <strong>el</strong> ejercicio da por supu<strong>es</strong>to <strong>que</strong> los lados d<strong>el</strong> cuadrado <strong>es</strong>tán cont<strong>en</strong>idos <strong>en</strong> las rectas<br />
dadas, vamos a comprobar <strong>que</strong> <strong>es</strong>o <strong>es</strong> cierto, para <strong>el</strong>lo las dos rectas deb<strong>en</strong> ser paral<strong>el</strong>as.<br />
Estudiamos sus posicion<strong>es</strong> r<strong>el</strong>ativas; tomemos un vector de dirección de cada una de <strong>el</strong>las; para<br />
hacerlo hallaremos <strong>el</strong> producto vectorial de los vector<strong>es</strong> normal<strong>es</strong> a los planos <strong>que</strong> forman las<br />
ecuacion<strong>es</strong> implícitas de r y s:<br />
x + y – 2 = 0 ⇒ r n 1 ( 1 , 1 , 0 ) ; 2x + 2y + z – 4 = 0 ⇒ r n 2 ( 2 , 2 , 1 )<br />
x + y – 6 = 0 ⇒ r n′ 1 ( 1 , 1 , 0 ); x + y – z – 6 = 0 ⇒ r n′ 2 ( 1 , 1 , -1)<br />
r r r<br />
i j k<br />
r<br />
i<br />
r<br />
j<br />
r<br />
k<br />
1 1 0<br />
r<br />
r<br />
1 1 0 ⇒ dr ( 1 , -1 , 0 ) ;<br />
⇒ d s ( -1 , 1 , 0 )<br />
2 2 1<br />
1 1 − 1<br />
r r<br />
Al ser dr y d s proporcional<strong>es</strong>, las dos rectas son paral<strong>el</strong>as o coincid<strong>en</strong>t<strong>es</strong>; para observar a <strong>que</strong><br />
posición corr<strong>es</strong>ponde de las dos anterior<strong>es</strong> tomamos un punto de cada una de las rectas y formamos <strong>el</strong><br />
vector <strong>que</strong> los une:<br />
En r: para x = 0 ⇒ y = 2, z = 0 ⇒ R ( 0 , 2 , 0 )<br />
En s : para x = 0 ⇒ y = 6, z = 0 ⇒ S (0 , 6 , 0 )<br />
Luego <strong>el</strong> vector será: RS r ( 0 , 4 , 0 ), <strong>que</strong>, evid<strong>en</strong>tem<strong>en</strong>te no <strong>es</strong> proporcional a los anterior<strong>es</strong>, por<br />
tanto las dos rectas son paral<strong>el</strong>as.<br />
a) Para hallar <strong>el</strong> área d<strong>el</strong> cuadrado, basta <strong>el</strong>evar al cuadrado la distancia <strong>en</strong>tre ambas rectas; <strong>es</strong>te<br />
problema se puede r<strong>es</strong>olver de varias formas, lo haremos aplicando la fórmula:<br />
r r<br />
RS × d s<br />
dist(,) r s = dist( R,) s = r ; RS<br />
d s<br />
r r<br />
x d s ( 0 , 0 , 4 ) ⇒ RS r r r<br />
x d s = 4; d s = 2<br />
dist(r , s) = 4<br />
2 u. , por tanto para la superficie pedida: S = 8 u2 .<br />
b) Para obt<strong>en</strong>er <strong>el</strong> plano <strong>que</strong> conti<strong>en</strong>e a ambas rectas, tomaremos como vector<strong>es</strong> paral<strong>el</strong>os al plano<br />
los vector<strong>es</strong>: RS r r<br />
( 0 , 4 , 0 ) y<br />
mac<br />
0 1<br />
x<br />
π = 4 − 1 y − 2 = 0 ⇒ Π : z = 0<br />
0 0 z<br />
d r ( 1 , -1 , 0 ), y como punto d<strong>el</strong> plano, <strong>el</strong> punto R ( 0 , 2 , 0 )
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x = 1 + λ<br />
G4.- Considera <strong>el</strong> plano π ≡ 2x + y – z + 7 = 0, y la recta: r ≡ y = 1 + λ<br />
z = 1+ 3λ<br />
a) Halla la ecuación de un plano perp<strong>en</strong>dicular a π y <strong>que</strong> cont<strong>en</strong>ga a la recta r.<br />
b) ¿Hay algún plano paral<strong>el</strong>o a π <strong>que</strong> cont<strong>en</strong>ga a la recta r?, <strong>en</strong> caso<br />
SOLUCIÓN:<br />
mac<br />
afirmativo determina sus ecuacion<strong>es</strong>.<br />
a) Un plano <strong>que</strong> cont<strong>en</strong>ga a la recta r y <strong>que</strong> sea perp<strong>en</strong>dicular a π nos v<strong>en</strong>drá determinado por un<br />
r<br />
punto P de la recta un vector de dirección de la recta d y un vector perp<strong>en</strong>dicular al plano; por<br />
tanto, de las ecuacion<strong>es</strong> de la recta y <strong>el</strong> plano, obt<strong>en</strong>emos directam<strong>en</strong>te:<br />
r<br />
P ( 1 , 1 , 1 ) ;<br />
d ( 1 , 1 , 3 ) ; r n ( 2 , 1 , -1 ), y para la ecuación d<strong>el</strong> plano pedido:<br />
1 2 x − 1<br />
1 1 y − 1 = 0 ⇒ 4x - 7y + z + 2 = 0<br />
3 − 1 z − 1<br />
b) Para <strong>que</strong> exista algún plano paral<strong>el</strong>o al plano π <strong>que</strong> cont<strong>en</strong>ga a la recta r, ambos deb<strong>en</strong> ser<br />
paral<strong>el</strong>os, <strong>es</strong>tudiamos sus posicion<strong>es</strong> r<strong>el</strong>ativas :<br />
2 ( 1 + λ ) + 1 + λ - ( 1 + 3 λ )+ 7 = 0 ⇒ 0 λ + 9 = 0 ⇒ recta y plano no ti<strong>en</strong><strong>en</strong> puntos <strong>en</strong><br />
común ⇒ recta r y plano π paral<strong>el</strong>os ⇒ existe un plano π´ <strong>que</strong> conti<strong>en</strong>e a r y <strong>es</strong> paral<strong>el</strong>o a π.<br />
Buscamos la ecuación de dicho plano, para <strong>el</strong>lo tomaremos la ecuación d<strong>el</strong> haz de planos <strong>que</strong><br />
z − 1<br />
conti<strong>en</strong><strong>en</strong> a la recta r, formamos la ecuación continua de r: x − 1= y − 1=<br />
, a partir de<br />
3<br />
x − y = 0<br />
<strong>el</strong>la la ecuación implícita: r≡<br />
con lo <strong>que</strong> la ecuación buscada <strong>es</strong>:<br />
3x − z − 2 = 0<br />
x – y + k ( 3x – z – 2 ) = 0 ⇒ ( 3k + 1 ) x – y – kz –2k = 0; de todos los planos <strong>que</strong> conti<strong>en</strong><strong>en</strong> a r<br />
buscamos a<strong>que</strong>l <strong>que</strong> <strong>es</strong> paral<strong>el</strong>o a π, por <strong>el</strong>lo sus vector<strong>es</strong> perp<strong>en</strong>dicular<strong>es</strong> deb<strong>en</strong> ser<br />
proporcional<strong>es</strong>: vector perp<strong>en</strong>dicular al plano π: r n ( 2 , 1 , -1 ) , vector perp<strong>en</strong>dicular a π´:<br />
r 3k+ 1<br />
n ´ (3k + 1, -1, -k), imponemos la proporcionalidad:<br />
2<br />
1 k<br />
plano buscado <strong>es</strong>: π´ ≡ 2x + y - z - 2 = 0.<br />
= − = ⇒ k = - 1, con <strong>el</strong>lo <strong>el</strong>
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G5.- Halla la distancia <strong>en</strong>tre las rectas:<br />
r ≡<br />
SOLUCIÓN:<br />
x = 0<br />
z − 2<br />
y − 1 =<br />
− 3<br />
y s ≡<br />
x − 1= 1−z<br />
y = 0<br />
Vamos a r<strong>es</strong>olver <strong>el</strong> ejercicio de dos formas distintas:<br />
a) En primer lugar lo haremos hallando un punto <strong>en</strong> cada una de <strong>el</strong>las de forma <strong>que</strong> la distancia <strong>en</strong>tre<br />
<strong>el</strong>los coincida con la distancia <strong>en</strong>tre las dos rectas, <strong>es</strong> decir calculamos los puntos <strong>en</strong> las rectas mas<br />
próximos <strong>en</strong>tre si; <strong>es</strong>tos puntos se <strong>en</strong>contrarán <strong>en</strong> la perp<strong>en</strong>dicular a ambas, por tanto si los unimos con<br />
un vector, éste debe ser ortogonal a los vector<strong>es</strong> de dirección de las rectas r y s, ésta será la condición<br />
<strong>que</strong> nos permita hallar los puntos <strong>en</strong> cu<strong>es</strong>tión.<br />
Hallamos la ecuacion<strong>es</strong> paramétricas:<br />
x = 0<br />
x = 2 − µ<br />
r ≡ y = λ ; s ≡ y = 0<br />
z = 5− 3λ<br />
z = µ<br />
Con <strong>el</strong>lo, un punto de la recta r será de la forma Rλ ( 0 , λ , 5 - 3λ ), y un punto de la recta s será de la<br />
forma: Sµ ( 2 - µ , 0 , µ ) ; formamos <strong>el</strong> vector <strong>que</strong> une <strong>es</strong>tos dos puntos: Rλ Sµ ( 2 - µ , - λ , µ + 3λ-5 )<br />
r<br />
Imponemos la condición de <strong>que</strong> <strong>el</strong> vector hallado sea perp<strong>en</strong>dicular a los vector<strong>es</strong>: dr ( 01 ,,− 3)<br />
y<br />
r<br />
d s − 101 ,, , vector<strong>es</strong> de dirección de las rectas r y s, r<strong>es</strong>pectivam<strong>en</strong>te:<br />
( )<br />
r<br />
dr ⇒ ( 2 - µ , - λ , µ + 3λ-5 ) . ( 0 , 1 , -3 ) = 0 ⇒ - λ - 3µ - 9λ +15 = 0 ⇒ 10λ + 3µ = 15<br />
r<br />
d s ⇒ ( 2 - µ , - λ , µ + 3λ-5 ) . ( - 1 , 0 , 1 ) = 0 ⇒ - 2 + µ +µ + 3λ - 5=0 ⇒ 3λ + 2µ = 7<br />
Rλ Sµ ⊥<br />
Rλ Sµ ⊥<br />
R<strong>es</strong>olvemos <strong>el</strong> sistema anterior <strong>en</strong> λ y µ : µ = 25/11 , λ = 9/11 ; para los puntos t<strong>en</strong>emos:<br />
R ( 0 , 9/11 , 28/11 ) y S ( -3/11 , 0 , 25/11 ) ⇒ d(s,r) = d(R , S) =<br />
2 2 2<br />
⎛ 3 ⎞ 9 3 99 3 11<br />
⎜ ⎟ +<br />
⎝ 11⎠<br />
11 11 121 11<br />
⎛ ⎞<br />
⎜ ⎟ +<br />
⎝ ⎠<br />
⎛ ⎞<br />
⎜ ⎟ = = u<br />
⎝ ⎠<br />
b) Podemos hallar la distancia <strong>en</strong>tre dos rectas <strong>que</strong> se cruzan aplicando la fórmula:<br />
r r r<br />
[ dr, ds, RS]<br />
r r r 0 1 − 3<br />
d(r,s) = r r Calculamos [ dr, ds, RS]<br />
=<br />
33 33<br />
− 1 0 1 = − =<br />
dr × ds<br />
3 11 31 11 11<br />
− −<br />
11 9 33<br />
r r r<br />
r r i j k<br />
r r<br />
3 11<br />
dr × ds<br />
= 0 1 − 3 = ( 1 , 3 , 1 ) ⇒ dr × ds<br />
= 11 ⇒ d(r,s) =<br />
11<br />
− 1 0 1<br />
u<br />
mac<br />
;
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G6.- Considera los puntos: P(6 , -1 , -10) , Q(0 , 2 , 2) y R, <strong>que</strong> <strong>es</strong> <strong>el</strong> punto de<br />
x + y + z − 1= 0<br />
intersección d<strong>el</strong> plano: π ≡ 2x + λ y + z –2 = 0 y la recta r ≡<br />
y = 1<br />
Determina λ sabi<strong>en</strong>do <strong>que</strong> los puntos P, Q y R <strong>es</strong>tán alineados.<br />
SOLUCIÓN:<br />
En primer lugar calcularemos <strong>el</strong> punto intersección de la recta y <strong>el</strong> plano <strong>en</strong> función d<strong>el</strong> parámetro,<br />
para <strong>el</strong>lo r<strong>es</strong>olveremos <strong>el</strong> sistema formado por los tr<strong>es</strong> planos: dos de la ecuación implícita de la recta y<br />
<strong>el</strong> plano dado π ( <strong>en</strong> realidad lo <strong>que</strong> r<strong>es</strong>olvemos son los infinitos sistemas <strong>que</strong> dep<strong>en</strong>d<strong>en</strong> de λ ) con <strong>el</strong>lo<br />
obt<strong>en</strong>dremos <strong>el</strong> punto R λ:<br />
2x + λy<br />
+ z − 1= 0<br />
x + y + z − 1= y = 1<br />
0<br />
2x + z = 2 − λ<br />
⇒ ⇒ Rλ ( 2 - λ , 1 , λ - 2 )<br />
x + z = 0<br />
Encontramos <strong>el</strong> punto R pedido imponi<strong>en</strong>do la condición de alineación de los tr<strong>es</strong> puntos, para <strong>el</strong>lo<br />
debe ocurrir <strong>que</strong> los vector<strong>es</strong>: PQ r y PR r<br />
sean proporcional<strong>es</strong>:<br />
PQ r ( -6 , 3 , 12 ) ; PR r<br />
mac<br />
λ<br />
λ ( - λ - 4 , 2 , λ + 8 ), imponi<strong>en</strong>do la condición de proporcionalidad:<br />
− λ − 4 2 λ + 8<br />
= = ⇒ λ = 0; y <strong>el</strong> punto R t<strong>en</strong>drá de coord<strong>en</strong>adas: ( 2 , 1 , -2 )<br />
− 6 3 12
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x − 2y + z = 0<br />
G7.- Considera <strong>el</strong> punto A ( 0 , 1 , -1 ) , la recta : r ≡ y <strong>el</strong> plano<br />
2x − z = −4<br />
π ≡ x – 2y – z = 2. Halla la ecuación de la recta <strong>que</strong> pasa por A, <strong>es</strong> paral<strong>el</strong>a a<br />
π y corta a r.<br />
SOLUCIÓN:<br />
Para hallar la recta r´ pedida lo podemos hacer hallando <strong>el</strong> plano π´ <strong>que</strong> conti<strong>en</strong>e al punto A y <strong>es</strong><br />
paral<strong>el</strong>o al plano π, a continuación hallaremos <strong>el</strong> punto A´ intersección d<strong>el</strong> plano π´ con la recta r, y por<br />
último, la recta pedida será la recta <strong>que</strong> pasa por los puntos A y A´:<br />
Haz de planos paral<strong>el</strong>os a π ≡ x – 2y – z = 2 ⇒ π k ≡ x – 2y – z – 2 + k = 0, de todos <strong>el</strong>los hallamos<br />
<strong>el</strong> <strong>que</strong> pasa por A: -2 + 1 –2 + k = 0 ⇒ k = 3, con lo <strong>que</strong> <strong>el</strong> plano π´ ≡ x – 2y – z + 1 = 0.<br />
x − 2y − z = − 1<br />
Intersección d<strong>el</strong> plano π´ con la recta r:<br />
x − 2y + z = 0<br />
Para r<strong>es</strong>olver <strong>es</strong>te sistema aplicamos <strong>el</strong><br />
2x − z = −4<br />
método de Cramer:<br />
1 − 2 − 1<br />
∆ = 1 − 2 1 = − 8<br />
2 0 − 1<br />
, ∆ − 1 − 2 − 1<br />
x = 0 − 2 1 = 14<br />
− 4 0 − 1<br />
, ∆ 1 − 1 − 1<br />
y =<br />
1 0 1 = 5<br />
2 − 4 − 1<br />
∆ z =<br />
1<br />
1<br />
− 2<br />
− 2<br />
− 1<br />
0 = − 4<br />
2 0 − 4<br />
; x = - 14 / 8 , y = - 5 / 8 , z = 4 / 8, luego: A´ ( - 14 / 8 , - 5 / 8 , 4 / 8 )<br />
Hallamos, por último, la ecuación de la recta r´ calculando su ecuación continua:<br />
mac<br />
x y − z + x y z<br />
r´ ≡ = = r<br />
− − − + ⇒ ′ ≡ 1 1 8 8 − 8 8 + 8<br />
= =<br />
1 1 − 14 − 13 12<br />
14 8<br />
5 8<br />
4 8
MATEMÁTICAS II, 2º BACHILLERATO IES BEATRIZ DE SUABIA<br />
DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICAS<br />
G8.- Dados los vector<strong>es</strong>: r u ( 2 , 1 , 0 ) y r v ( - 1 , 0 , 1 ), halla un vector unitario r w<br />
<strong>que</strong> sea coplanario con r u y r v , y ortogonal a r v .<br />
SOLUCIÓN:<br />
Para <strong>que</strong> los tr<strong>es</strong> vector<strong>es</strong> sean coplanarios <strong>el</strong> vector r w debe ser combinación lineal de r u y r v ,<br />
<strong>es</strong> decir deb<strong>en</strong> existir dos números real<strong>es</strong> λ y µ tal <strong>que</strong>:<br />
r w = λ r u + µ r v ⇒ r w = λ ( 2 , 1 , 0 ) + µ ( - 1 , 0 , 1) ⇒ r w ( 2 λ - µ , λ , µ ).<br />
Para <strong>que</strong> r w y r v sean ortogonal<strong>es</strong>, su producto <strong>es</strong>calar debe ser cero:<br />
r w . r v = ( 2 λ - µ , λ , µ ) . ( - 1 , 0 , 1) = ( 0 , 0 , 0 ) ⇒ - 2 λ + µ + µ = 0 ⇒ λ = µ , con lo<br />
<strong>que</strong> <strong>el</strong> vector r w debe ser de la forma:<br />
r<br />
w ( λ , λ , λ ) , ∀ λ ∈ R* ( R* : números real<strong>es</strong> sin <strong>el</strong> cero )<br />
COMPLEMENTOS:<br />
• Observa <strong>que</strong> exist<strong>en</strong> infinitos vector<strong>es</strong> <strong>que</strong> cumpl<strong>en</strong> las condicion<strong>es</strong> pedidas, ¿ a qué se debe ?.<br />
• De los posibl<strong>es</strong> valor<strong>es</strong> para λ, hemos <strong>el</strong>iminado <strong>el</strong> valor cero, ¿ porqué ?.<br />
G9.- <strong>Se</strong>an los puntos A ( 1 , 0 , - 1 ) y B( 2 , -1 , 3 ).<br />
a) Calcula la distancia d<strong>el</strong> orig<strong>en</strong> de coord<strong>en</strong>adas a la recta <strong>que</strong> pasa por A y por B.<br />
b) Calcula <strong>el</strong> área d<strong>el</strong> paral<strong>el</strong>ogramo de vértic<strong>es</strong> consecutivos <strong>ABC</strong>D sabi<strong>en</strong>do <strong>que</strong> la<br />
recta determinada por los vértic<strong>es</strong> C y D pasa por <strong>el</strong> orig<strong>en</strong> de coord<strong>en</strong>adas.<br />
SOLUCIÓN:<br />
a) Para hallar la distancia de un punto ( O ) a la recta r <strong>que</strong> pasa por A y B, emplearemos la fórmula:<br />
r r<br />
AO × AB<br />
r r<br />
dOr ( , ) = r , si<strong>en</strong>do : AO( −101 , , ); AB(<br />
1, −14<br />
, ) y AB<br />
AB<br />
r = 18 = 3 2 , calculamos <strong>el</strong><br />
r r r<br />
i j k<br />
producto vectorial y su módulo: r r<br />
r r r r<br />
AO × AB = − 1 0 1 = − i + 5j + k ⇒ AO× AB(<br />
−151<br />
, , )<br />
1 − 1 4<br />
r r<br />
AO × AB = 27 = 3 3 , y para la distancia pedida: d(O,r) =<br />
3 3<br />
3 2<br />
6<br />
= u.<br />
2<br />
b) Por tratarse de un paral<strong>el</strong>ogramo si la recta determinada por los vértic<strong>es</strong> C y D pasa por <strong>el</strong> orig<strong>en</strong><br />
de coord<strong>en</strong>adas, la distancia <strong>en</strong>tre A y C coincidirá con la distancia d<strong>el</strong> orig<strong>en</strong> de coord<strong>en</strong>adas a<br />
recta <strong>que</strong> pasa por A y B: d(A , C ) = 6<br />
2 u. ; y para la otra dim<strong>en</strong>sión: d(A , B) = AB r = 18 = 3 2 u<br />
mac<br />
Por tanto <strong>el</strong> área d<strong>el</strong> paral<strong>el</strong>ogramo será: S = 6<br />
2<br />
2<br />
. 3 2 = 3 3u
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G10.- Calcula <strong>el</strong> área d<strong>el</strong> <strong>triángulo</strong> de vértic<strong>es</strong> A ( 0 , 0 , 1 ) , B ( 0 , 1 , 0 ) y C ,<br />
si<strong>en</strong>do C la proyección ortogonal d<strong>el</strong> punto ( 1 , 1 , 1 ) sobre <strong>el</strong> plano x + y + z = 1<br />
mac<br />
SOLUCIÓN:<br />
Calculamos, <strong>en</strong> primer lugar, la proyección ortogonal d<strong>el</strong> punto P (1 , 1 , 1) sobre <strong>el</strong> plano<br />
π ≡ x + y + z – 1 = 0<br />
Para <strong>el</strong>lo obt<strong>en</strong>dremos una recta r <strong>que</strong> pase por P y sea perp<strong>en</strong>dicular a π, a continuación hallamos<br />
<strong>el</strong> punto C ( proyección de P sobre <strong>el</strong> plano π ) como intersección de la recta r y <strong>el</strong> plano π :<br />
La recta r nos v<strong>en</strong>drá determinada por <strong>el</strong> punto P y un vector r n perp<strong>en</strong>dicular al plano π ; <strong>el</strong><br />
vector r n lo obt<strong>en</strong>emos directam<strong>en</strong>te de la ecuación d<strong>el</strong> plano : r n ( 1 , 1 , 1), con lo <strong>que</strong> la recta<br />
t<strong>en</strong>drá de ecuación:<br />
r ≡<br />
x = 1 + λ<br />
y = 1 + λ<br />
z = 1 + λ<br />
Hallamos, a continuación, <strong>el</strong> punto C: (1 + λ) + (1 + λ) + (1 + λ) = 1⇒ 3 + 3 λ = 1 ⇒ λ = - 2/3,<br />
y sustituy<strong>en</strong>do <strong>en</strong> r: C( 1/3 , 1/3 , 1/3 ).<br />
Por último para calcular <strong>el</strong> área d<strong>el</strong> <strong>triángulo</strong> pedida lo haremos calculando la mitad d<strong>el</strong> módulo<br />
d<strong>el</strong> producto vectorial de los vector<strong>es</strong> AB r y AC r :<br />
AB r ( 0 , 1 , -1 ) ; AC r ( 1/3 , 1/3 , - 2/3 )<br />
AB r × AC r =<br />
r r r<br />
i j k<br />
1 r 1 r 1 r r r 3 3 3<br />
0 1 − 1 = − i − j − k ⇒ AB × AC = = ⇒ S = u<br />
1 1 2<br />
3 3 3<br />
9 3 6<br />
3 3<br />
−<br />
3<br />
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MATEMÁTICAS II, 2º BACHILLERATO IES BEATRIZ DE SUABIA<br />
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G12.- Considera las rectas:<br />
x = y<br />
x + y = 1<br />
r ≡ , y s ≡<br />
z = 2 z = 3<br />
Halla la ecuación de una recta <strong>que</strong> corte a r y a s, y <strong>que</strong> sea perp<strong>en</strong>dicular al plano<br />
z = 0.<br />
SOLUCIÓN:<br />
Encontraremos la ecuación de la recta pedida como intersección de dos planos π y π ´ <strong>que</strong> t<strong>en</strong>drán las<br />
características sigui<strong>en</strong>t<strong>es</strong>:<br />
El plano π deberá cont<strong>en</strong>er a la recta r y ser perp<strong>en</strong>dicular al plano z = 0, para <strong>el</strong>lo lo obt<strong>en</strong>dremos a<br />
r<br />
partir de un punto P de la recta r, un vector dr de dirección de r y un vector r n perp<strong>en</strong>dicular a z = 0:<br />
Ponemos r <strong>en</strong> paramétricas: r ≡ x = λ<br />
y = λ<br />
z = 2<br />
ecuación: P ( 0 , 0 , 2 ) y<br />
0 1 x<br />
<strong>el</strong> plano π será : π ≡ 0 1 y = 0 ⇒ x − y = 0<br />
1 0 z − 2<br />
, de forma inmediata obt<strong>en</strong>emos a partir de <strong>es</strong>ta<br />
r<br />
d r ( 1 , 1, 0 ) ; para <strong>el</strong> vector ortogonal al plano : r n ( 0 , 0 , 1 ), por tanto<br />
El plano π ´deberá cont<strong>en</strong>er a la recta s y ser perp<strong>en</strong>dicular al plano z = 0, para <strong>el</strong>lo lo obt<strong>en</strong>dremos a<br />
r<br />
partir de un punto P´ de la recta s , un vector d s de dirección de s y un vector r n perp<strong>en</strong>dicular a<br />
z = 0:<br />
x = 1 − µ<br />
Ponemos s <strong>en</strong> paramétricas: s ≡ y = µ , a partir de <strong>el</strong>la obt<strong>en</strong>emos: P ´( 1 , 0 , 3 )<br />
z = 3<br />
r<br />
d s ( -1 , 1 , 0 ); con <strong>el</strong>los y con r n (0 , 0 , 1) para π ´ t<strong>en</strong>emos:<br />
mac<br />
0 − 1 x − 1<br />
π ´ ≡ 0 1 y = 0 ⇒ x + y = 1<br />
1 0 z − 3<br />
Y para la recta pedida : p ≡<br />
x − y = 0<br />
x + y = 1